Фотоэлектрлік детектор не істейді?

Фотоэлектрлік детекторлар біздің көрінбейтін әлемімізді қалай қуаттайды

Смартфоныңыз жарықтықты автоматты түрде қалай реттейтінін, зауыт машиналары ұшып бара жатқан өнімдерді «көретінін» немесе қауіпсіздік жүйелері біреудің жақындап келе жатқанын білетінін ойлап көрдіңіз бе? Бұл ерліктердің артындағы жасырын кейіпкер - фотоэлектрлік детектор - жарықты әрекет ететін интеллектке айналдыратын құрылғы.

Сонымен, неДәлФотоэлектрлік детектор жұмыс істей ме?

Оның негізінде фотоэлектрлік детектор - бұл құрылғыжарық сигналдарын (фотондарды) электрлік сигналдарға (ток немесе кернеу) түрлендіреді. Оны жарықтағы өзгерістерді – сәуленің бітелуін, шағылысқандығын немесе оның қарқындылығының ауысуын сезетін және бұл ақпаратты бірден машиналар, компьютерлер немесе басқару жүйелері түсінетін және әрекет ететін электр шығысына айналдыратын кішкентай аудармашы ретінде елестетіңіз. Бұл іргелі қабілет, ең алдымен, негізделгенфотоэффект(белгілі бір материалдарға түсетін жарық электрондарды босатады) оларды сансыз қолданбалар үшін керемет жан-жақты «көздер» етеді.

Бұл «Жарық сенсорлары» қалай жұмыс істейді?

Көптеген фотоэлектрлік детекторлар үш негізгі бөліктен тұрады:

1. Жарық көзі (эмиттер):Әдетте жарық диодты (көрінетін қызыл, жасыл немесе инфрақызыл) немесе лазерлік диод фокусталған жарық сәулесін жібереді.
2. Қабылдаушы:Әдетте фотодиод немесе фототранзистор шығарылатын жарықты анықтауға және оның болуын, болмауын немесе қарқындылығының өзгеруін электр тогына түрлендіру үшін мұқият әзірленген.
3. Анықтау тізбегі:Қабылдаушының сигналын өңдейтін, шуды сүзетін және таза, сенімді шығысты іске қосатын милар (мысалы, қосқышты қосу/өшіру немесе деректер сигналын жіберу).

Олар әртүрлі «көру» әдістерін пайдаланып объектілерді немесе өзгерістерді анықтайды:

• Арқалық (беріліс):Эмитент пен қабылдағыш бір-біріне қарсы тұрады. Нысан ол кезде анықталадыблоктаржарық сәулесі. Ең ұзақ қашықтықты (10+ метр) және ең жоғары сенімділікті ұсынады.
• Ретрорефлексиялық:Эмитент пен қабылдағыш бір блокта, арнайы рефлекторға қарайды. Нысан ол кезде анықталадыүзілістершағылысқан сәуле. Кескінге қарағанда оңай туралау, бірақ өте жылтыр заттармен алданып қалуы мүмкін.
• Диффузиялық шағылыстыру:Эмитент пен қабылдағыш бір блокта, нысанаға бағытталған. Нысан ол кезде анықталадыкөрсетедішығарылған жарық қабылдағышқа қайтарылады. Бөлек рефлекторды қажет етпейді, бірақ анықтау объектінің бетіне байланысты.
• Фонды басу (BGS):Ақылдырақ диффузиялық түрі. Триангуляцияны пайдалана отырып, олтекбелгілі, алдын ала орнатылған қашықтық диапазонындағы нысандарды анықтайды, одан тыс немесе мақсаттың артындағы тым жақын ештеңені елемейді.

Неліктен олар барлық жерде? Негізгі артықшылықтар:

Фотоэлектрлік детекторлар сезімталдықтың көптеген міндеттерін орындайды, өйткені олар бірегей артықшылықтарды ұсынады:

• Байланыссыз датчик:Олар сенсордың да, нәзік заттардың да тозуын болдырмайтын нысанға қол тигізудің қажеті жоқ.
• Ұзақ анықтау диапазоны:Әсіресе индуктивті немесе сыйымдылық сенсорларынан әлдеқайда асып түсетін сәулелік түрлер.
• Найзағай жылдам жауап беру:Электрондық компоненттер микросекундтарда әрекет етеді, бұл жоғары жылдамдықты өндіріс желілеріне өте ыңғайлы.
• Материалдық агностикалық:Виртуалды түрде анықтаукез келген нәрсе– металл, пластик, шыны, ағаш, сұйықтық, картон – тек металды сезетін индуктивті сенсорлардан айырмашылығы.
• Шағын нысанды анықтау және жоғары ажыратымдылық:Кішкентай бөлшектерді немесе нақты позицияларды сезіне алады.
• Түс пен контрастты кемсіту:Белгілі бір жарық толқын ұзындығын шағылыстыратын немесе жұтатынына қарай объектілерді ажырата алады.

Оларды іс-әрекетте қайдан табасыз (нақты әлем әсері):

Қолданбалар ауқымды және барлық дерлік саланы қамтиды:

• Өнеркәсіптік автоматтандыру (энергетика):Конвейерлердегі өнімдерді санау, бөтелке қақпақтарының қосулы екенін тексеру, жапсырмаларды анықтау, роботтық қолдарды орналастыру, орауыштың толтырылуын қамтамасыз ету, құрастыру желілерін бақылау. Олар заманауи өндіріс тиімділігінің негізі болып табылады.
• Қауіпсіздік және қол жеткізуді басқару:Автоматты есік сенсорлары, шабуылдарды анықтау сәулелері, адамдарды санау жүйелері.
• Тұрмыстық электроника:Смартфонның сыртқы жарық сенсорлары, теледидардың қашықтан басқару пульті қабылдағыштары, оптикалық тышқандар.
• Автокөлік:Автоматты тазалағыштарға арналған жаңбыр сенсорлары, қауіпсіздік жүйелеріндегі кедергілерді анықтау, фараларды басқару.
• Денсаулық сақтау:Критикалық компоненттертүтін детекторларыауа үлгілерін талдау,импульстік оксиметрлерқандағы оттегін өлшеу, озық КТ сканерлері сияқты медициналық бейнелеу жабдықтары.
• Коммуникациялар:Талшықты-оптикалық желілер жарық импульстерін электрлік деректер сигналдарына қайта түрлендіру үшін фотодетекторларға сүйенеді.
• Энергия:Күн сәулесін электр энергиясына түрлендіретін күн батареялары (фотоэлектрлік детектордың бір түрі).

Болашақ жарқын: енді не күтіп тұр?

Фотоэлектрлік детектор технологиясы бір орында тұрмайды. Ең озық жетістіктер шекараларды ұлғайтады:

• Экстремалды миниатюризация:Гибридті наноталшықтар мен кремний наноөткізгіштері сияқты наноматериалдарды қолданатын кішкентай, түске сезімтал детекторларды жасау.
• Жетілдірілген өнімділік:2D/3D гетероқұрылымдық материалдар (мысалы, MoS2/GaAs, Graphene/Si) ультра жоғары жылдамдықты, ультра сезімтал детекторларға, тіпті қиын ультракүлгін сәулелерге де мүмкіндік береді.
• Ақылды функционалдылық:Байрақ ақпаратты түсіру үшін кірістірілген спектрлік талдауы (гиперспектрлік бейнелеу) немесе поляризация сезімталдығы бар детекторлар.
• Кеңірек қолданбалар:Медициналық диагностикада, қоршаған ортаны бақылауда, кванттық есептеулерде және келесі ұрпақ дисплейлерінде жаңа мүмкіндіктерді қосу.

Нарық бум: сұранысты көрсету

Автоматтандыру мен смарт технологиялардың қарқынды өсуі фотоэлектрлік детекторлар нарығына тікелей әсер етеді. бойынша бағаланады2022 жылы 1,69 млрд доллар, ол таңқаларлық деңгейге дейін өседі деп болжануда2032 жылға қарай 4,47 миллиард доллар, CAGR 10,2% сенімді өседі. TheАзия-Тынық мұхиты аймағы, жаппай өндірісті автоматтандыру және электроника өндірісіне негізделген, бұл зарядты басқарады. Hamamatsu, OSRAM және LiteON сияқты негізгі ойыншылар осы өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандыру үшін үздіксіз жаңалықтарды енгізуде.